Атмосферная коррозия нержавеющей стали

Атмосферная коррозия нержавеющей стали - это процесс разрушения нержавеющего металла вследствие его взаимодействия с воздухом, водой и другими веществами в приземной атмосфере. Особенностью атмосферной коррозии является возможность свободного подхода кислорода к корродирующей поверхности. Это обусловлено малой толщиной оксидной пленки и конвекции перемешивания электролита.

Нержавеющие стали широко используются как архитектурные и строительные материалы из-за их высокой степени коррозионной стойкости, уникального эстетического качества и стабильности в незагрязненной атмосферной среде. Хотя нержавеющая сталь очень устойчива к коррозии, локализованная коррозия может возникнуть в определенных средах, особенно в морских атмосферных условиях, если не используется соответствующий сорт / марка нержавеющей стали.

Воздействие агрессивной среды на нержавеющую сталь может нанести вред не только эстетическому виду конструкции, но и даже вывести ее из эксплуатации или нанести непоправимый вред прочности несущей конструкции.

Выбор соответствующей марки нержавеющей стали требует определенных знаний, ведь ее нужно подбирать под условия фактического местоположения конструкции и атмосферные условия, которые будут ее окружать. С точки зрения выбора материалов, аустенитная нержавеющая сталь марки AISI 316 / 316L оказалась очень популярным выбором для архитектурных приложений во многих местах, но это не всегда подходит для требовательных мест, таких как морская среда на Ближнем Востоке. В таких случаях использование высокопродуктивного сорта, часто в сочетании с хорошей обработкой поверхности и установленными процедурами очистки, необходимы для поддержания чистоты поверхностей.

Скорость процесса атмосферной коррозии нержавейки зависит от климатических факторов: влажность и температура воздуха. Концентрации таких примесей как оксиды серы, азота, выбросы химического производства и другие загрязняющие атмосферу - тоже влияют на скорость процесса коррозии.

Какие есть типы / виды атмосферной коррозии нержавеющей стали ?

Атмосферную коррозию нержавеющей стали по степени увлажненности поверхности принято разделять на сухую, влажную и мокрую. Влажная и мокрая протекают по электрохимическому механизму, а сухая по химическому.

Сухая атмосферная коррозия

Сухая атмосферная коррозия наблюдается при отсутствии на поверхности нержавеющего металла пленки влаги. Если относительная влажность воздуха составляет 60% и меньше - протекает атмосферная сухая коррозия. Механизм коррозионного разрушения - химический. На поверхности образуются защитные оксидные плёнки, тормозящие процесс коррозии.

Сначала процесс протекает достаточно быстро (образование тонкой окисной пленки), затем сильно замедляется и устанавливается постоянная очень маленькая скорость коррозии. Такое явление обусловлено невысокой температурой окружающей среды. На металле почти сразу или в течение нескольких часов образуется тонкая окисная пленка, которая приводит к помрачениям поверхности. Предельная толщина слоя влаги при течении сухой атмосферной коррозии незначительна. Если в атмосфере есть примеси агрессивных газов, таких как, например, сернистые газы, то скорость коррозии значительно возрастает.

Влажная атмосферная коррозия

Влажная атмосферная коррозия наблюдается при наличии на поверхности тонкой пленки влаги. Толщина такой плёнки составляет до 1 мкм. Относительная влажность воздуха, когда начинается образование влажной пленки, составляет около 60 - 70%. Значение, при котором начинается конденсация на поверхности влаги, называется критической влажностью. Критическая влажность зависит от загрязнения воздуха и состояния металла. Конденсация влаги при этом происходит по капиллярному, химическому или адсорбционному механизму.

Капиллярная конденсация влаги

Капиллярная конденсация влаги наблюдается в щелях, зазорах, трещинах на поверхности металла, порах в пленке продуктов коррозии, под загрязнениями и т.д.

Химическая конденсация влаги

Химическая конденсация влаги проявляется во взаимодействии продуктов коррозии с атмосферной влагой. При этом образуется ржавчина, которая удерживает эту влагу.

Адсорбционная конденсация влаги

Адсорбционная конденсация влаги возникает в результате проявления на поверхности металла адсорбционных сил.

Мокрая атмосферная коррозия

Мокрая атмосферная коррозия протекает при относительной влажности воздуха около 100%, когда на поверхности влага собирается в виде хорошо видимых капель или при прямом воздействии на конструкцию дождя, тумана. Мокрая атмосферная коррозия также наблюдается на обливаемых водой или полностью погружаемых конструкциях. При мокрой коррозии пленка влаги составляет более 1 мм. Увеличение концентрации примесей в пленке воды стимулирует коррозию.

Факторы атмосферной коррозии нержавеющей стали

Скорость атмосферной коррозии нержавеющих сталей зависит от наличия или отсутствия некоторых факторов.

Характеристики нержавеющей стали

Характеристики марки нержавеющей стали могут влиять на стойкость к атмосферной коррозии. Содержимое легирующих элементов, обработка поверхности, обработка сварных швов - очень важные факторы влияющие на способность нержавеющего металла сопротивляться атмосферной коррозии.

Влажность воздуха при атмосферной коррозии

Наличие воды на поверхности металлоконструкции из нержавеющей стали существенно увеличивает атмосферную коррозию. Влага чаще всего поступает как атмосферные осадки посредством дождя, тумана. С повышением температуры значение относительной влажности уменьшается.

Есть критическое значение атмосферной влажности. И для каждой марки / сплава нержавеющего металла это свое определенное число. Если относительная влажность воздуха укладывается в рамки приемлемых для определенного сорта нержавеющей стали - то коррозионное разрушение таких марок незначительно или вообще отсутствует. Если же выше - начинается усиленное разрушение. При сильно загрязненной атмосфере (например, технологическая среда) понятие критической влажности не всегда применяется и играет значительную роль, так как процесс коррозии значительно усиливается за счет вредных примесей в атмосфере.

Примеси в атмосфере (газы)

Загрязнение атмосферы газами резко увеличивает скорость коррозии. Очень агрессивной средой является технологическая среда вблизи крупных промышленных предприятий, которые поминутно выбрасывают в атмосферу вредные примеси. Присутствие таких соединений значительно увеличивает скорость атмосферной коррозии из нержавеющей стали определенных сортов.

Очень сильное влияние оказывает диоксид серы (SO₂). Малая его концентрация увеличивает скорость коррозии в десятки и сотни раз. В больших концентрациях скорость атмосферной коррозии увеличивается не столь сильно (всего в 5 - 7 раз). Этот компонент образуется при сгорании угля, газолина, нефти.

Газы, попадая на влагопленку на поверхности металлоконструкции, увеличивают электропроводность пленки. SO₂ и Cl₂ влияют как катодные деполяризаторы, SO₃ и HCl увеличивают поглотительную способность продуктов коррозии, NH₃ действует как комплексообразователь, SO₂ и HCl - депасиваторы.

Очень сильно увеличивает скорость коррозии из нержавеющей стали содержание в атмосфере серной кислоты. Особенно это касается неустойчивых в ней металлов - железо, никель.

Твердые частицы в атмосфере

Из атмосферы на поверхность попадают жесткие активные или пассивные частицы. Они могут действовать как депасиваторы, комплексообразователи, увеличивать электропроводность пленки влаги и поглотительную способность (гигроскопичность) продуктов коррозии, облегчать капиллярную конденсацию влаги (инертный материал как песок). В атмосфере встречаются такие жесткие частицы, как Na₂SO₄, NaCl, (NH₄) ₂SO₄, частицы угля, разные соединения углерода, оксиды металлов и другие. Эти вещества в виде жестких частиц или пыли контактируют с влажной поверхностью металлоконструкции, образуют гальванические элементы, интенсифицируя коррозию. Поэтому незапыленный воздух гораздо менее активен, чем загрязненная разными частицами атмосфера.

Географический фактор

В разных географических местностях влажность, загрязнение атмосферы, температура различаются. Наибольшее влияние на атмосферную коррозию оказывает влажность воздуха. Установлено, что в регионах с постоянно повышенной влажностью коррозионные процессы протекают более интенсивно. Основное влияние не количество дождевых дней, а время нахождения на поверхности металла пленки влаги. В пустынях, где влажность воздуха очень мала, на поверхности изделий из нержавеющей стали оксидная плёнка достаточно устойчива и изделия долго остаются блестящими.

Температура окружающей среды

С повышением температуры внешней среды процесс атмосферной коррозии замедляется. Влага, покрывающая поверхность металлического изделия, улетучивается, уменьшается абсолютная влажность воздуха. С понижением температуры все происходит наоборот. Повышается относительная влажность среды, способствующая конденсации влаги. Скорость атмосферной коррозии нержавейки растет.

Особенности протекания атмосферной коррозии нержавеющей стали

Поверхность металла покрыта тонкой пленкой электролита. Как электролит может выступать как сама влажная, так и впитавшие влагу продукты коррозии.

Особенностью атмосферной коррозии нержавеющих сталей является возможность свободного подхода кислорода к корродирующей поверхности. Это обусловлено малой толщиной пленки и конвекции перемешивания электролита. Поэтому даже в подкисленных электролитах атмосферная коррозия протекает с кислородной деполяризацией.

Также из-за тонкого слоя влаги на корродирующей поверхности металла анодный процесс идет с затруднением, а протекание катодного, наоборот, облегчается.

При работе гальванических пар небольшая толщина пленки влаги тоже играет свою роль - увеличивается омическое сопротивление электролита.

Атмосферная коррозия нержавеющих сплавов протекает с анодно-такодно-омическим контролем. Но в зависимости от некоторых условий (толщина, электропроводность пленки влаги, ее состав, природа сплава) анодно-такодно-омический контроль может переходить в преимущественно анодный, предпочтительно катодный или омический.

Добавление в состав нержавеющей стали определенного количества никеля, хрома, алюминия, титана - переводят поверхность нержавеющей стали в пассивное состояние. Добавление меди (катодная добавка) и фосфора - тормозят анодную реакцию.

Как обеспечить защиту конструкций от атмосферной коррозии ?

Правильный подбор марки нержавеющей стали для конкретных условий эксплуатации изделий и конструкций из нержавейки будет лучшей защитой от разрушающего воздействия атмосферной коррозии. Также важно для противодействия коррозии является обработка поверхности нержавеющего металла. Чем более ровная блестящая отполированная поверхность вашего изделия - тем она более устойчива к отрицательным факторам атмосферного воздействия. Не менее немаловажную роль играет правильность обработки сварных швов.